一、大气相位畸变的分层模型及模拟探测实验（论文文献综述）
李姗姗[1]（2021）在《卫星激光通信系统信号传输与识别方法研究》文中认为大数据和高速率通信业务的蓬勃发展,对卫星通信系统传输容量、信息传输速率等性能提出了更高的要求,具备宽带宽、高速率、高能效等优点的卫星激光通信技术弥补了微波通信在卫星通信应用中的不足。随着对卫星激光通信关键技术的研究逐渐深入,在卫星与地面间建立激光通信链路进行数据传输是未来实现星地高速数据传输的发展趋势,对激光的高速传输和可靠接收关键技术进行研究成为卫星激光通信领域的研究热点。但是,实现星地激光通信系统的高速数据传输面临如下问题:激光信号经过星地链路大气信道段时由于受到湍流效应的影响导致光束相干性的劣化,对通信质量造成不良影响;为满足不同用户和业务的需求,充分利用信道容量,卫星激光通信系统中信号调制格式的复杂性日益增加,接收端需要准确识别出信号所采用的调制格式才能正确解调。为了解决卫星激光通信系统中的上述问题,以提高激光信号的相干性和保障激光信号识别的可靠性为目标,开展卫星激光通信系统的自适应光学技术和信号识别技术研究。面向校正激光光束畸变和无需先验知识识别激光信号的需求,本文重点研究卫星激光通信中涉及的自适应光学技术、单载波信号识别技术以及多载波信号识别技术,完成对激光光束畸变的实时校正,实现激光信号的可靠识别。本论文的主要研究内容和创新点如下:（1）大气信道建模与光传输特性分析在研究大气湍流特性和柯尔莫哥洛夫湍流理论的基础上,基于功率谱反演法和子谐波补偿法完成了随机相位屏的构造,模拟了高斯光束在大气湍流多相位屏信道中的传输过程并对其相干性劣化情况进行了分析,提出了一种基于光强变化指数的湍流影响衡量方法。该方法主要通过对比光束在多相位屏信道中传输与自由空间中传输在光场强度分布上的差异计算得到光束的畸变程度,从而对所受到的湍流影响做出衡量,仿真研究了所提方法衡量湍流影响的可行性。仿真结果表明,所提方法中的光强变化指数与闪烁指数随光束波长的变化趋势基本一致,光强变化指数随湍流强度的增强而递增。（2）基于混合输入输出算法的自适应光学补偿方法在研究自适应光学技术的基础上,提出了一种基于混合输入输出算法（Hybrid Input-Output Algorithm,HIOA）的自适应光学补偿方法。该方法设计了基于混合输入输出算法的自适应光学（Adaptive Optical Based on Hybrid Input-Output Algorithm,HIOA-AO）补偿模块完成对畸变激光光束的失真补偿,仿真研究了所提方法在不同传输距离和迭代次数下对畸变激光光束的失真补偿效果。仿真结果表明,所提方法可以有效补偿湍流效应导致的畸变激光光束相位失真,提高光束的模式纯度;HIOA经过50次或50次以上的迭代可以重构得到准确的波前畸变相位信息,通过相位校正可以对畸变激光光束的高斯分布进行较好的恢复。（3）基于分区分形特征和支持向量机的单载波信号识别方法在研究大气时变信道下单载波激光信号特征的基础上,提出了一种基于分区分形特征和支持向量机的单载波信号识别方法。该方法设计了基于分区分形维数（Fractal Dimension of Region,FDR）的特征提取算法得到单载波信号星座图的分区分形特征,采用支持向量机学习算法对特征数据进行学习的基础上完成信号识别分类器的构造,从而实现单载波信号的自动调制格式识别,仿真研究了所提方法在自由空间信道和大气时变信道两种传输条件下的识别效果。仿真结果表明,基于所提方法构造的分类器在自由空间信道中所有信噪比范围内整体分类精度达到89.8%以上,当信噪比大于7.5dB时分类器的分类精度性能收敛,实现单载波信号100%的精确识别;在大气时变信道弱湍流条件下,在所有湍流强度和信噪比范围内分类器的整体分类精度达到86.7%以上,随着信噪比增加而递增随后收敛;与其他识别方法相比,所提方法在有效提高分类精度和收敛速度的同时具备对信道变化的高鲁棒性。（4）基于多特征输入和混合训练神经网络的多载波信号识别方法在研究大气时变信道下多载波激光信号特征的基础上,提出了一种基于多特征输入和混合训练神经网络的多载波信号识别方法。该方法设计了基于多特征输入的混合训练神经网络（Hybrid Training Neural Network,HTNN）结构,将正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）子载波信号的高阶统计量特征及星座图特征作为网络的双输入特征,训练HTNN自主挖掘高阶关联性特征得到学习模型,实现OFDM子载波信号间的自动调制格式识别,仿真研究了所提方法在自由空间信道和大气时变信道两种传输条件下的识别效果。仿真结果表明,基于所提方法得到的识别模型在自由空间信道中所有信噪比范围内的整体分类精度达到93.37%以上,当信噪比大于7.5dB时学习模型的分类精度性能收敛,实现OFDM子载波信号100%的精确识别;在大气时变信道弱湍流条件下,在所有湍流强度和信噪比范围内学习模型的整体分类精度达到73.5%以上,随着信噪比增加而递增随后收敛;与其他识别方法相比,所提方法在保证分类精度的基础上降低了对信道变化的敏感性,提高了收敛速度,实现了大范围信噪比下对OFDM子载波信号的可靠识别。
郭弘扬[2]（2021）在《基于液晶校正的空间光耦合技术研究》文中提出自由空间激光通信技术采用激光作为载体进行远距离的信息传输。激光传输速率高且发散角小,相比传统的通信方式具有高速、大容量及高保密性等优势。随着空间激光通信范围的扩展,对高灵敏度、高传输率以及高稳定性接收终端的需求愈发强烈,使得单模光纤耦合技术应运而生。通常情况下单模光纤的纤芯半径仅为微米量级,所以精确的光束位置对准与良好的入射光斑形态是保证高效耦合的关键。激光信号在空间传输过程中,大气效应、热效应、平台振动等因素会使得激光出现光强闪烁、形态破碎和相位起伏等现象,导致通信终端的光纤耦合效率降低、误码率上升,严重影响通信系统性能。为了抑制大气效应对空间激光通信链路的影响,本文开展液晶空间光调制器对破碎光斑形态的校正技术研究。与传统的机械式校正器件相比,液晶空间光调制器具有驱动单元多,无需机械运动以及响应稳定等优点。目前,液晶校正技术在天文观测领域得到了一定应用,但是在需要保持长期高效、稳定通信的空间激光通信领域还处于起步阶段。本论文结合空间激光耦合技术的需求,对液晶校正技术开展具体研究:首先,进行空间激光耦合理论分析。根据大气湍流物理结构的时间与空间描述,分析大气扰动对通信系统性能的影响,对其相位模拟进行理论仿真。根据耦合效率定义与光场分布建立单模光纤耦合模型,分析光束位置偏移以及相位畸变对耦合效率的影响。理论分析表明,高分辨率、高效率的校正器件与高精度的探测算法是保证校正耦合系统性能的关键。液晶空间光调制器性能优化。作为空间激光系统的关键性器件,液晶的相位调制特性与响应速度等性能直接影响校正与耦合的效果。根据夫琅禾费衍射光栅模型,建立调制相位与控制信号之间的联系;根据连续弹性体理论分析液晶分子的弛豫特性对器件响应速度的影响,最后采用过压驱动方法提高液晶的响应速度。仿真与实验证明,过驱动方法在器件硬件底层受到限制的情况下,有效的缩短了液晶的响应时间,为液晶校正工作提供了有利的实验条件。高精度神经网络探测算法。对于液晶校正系统,像差探测与波前重构方法是系统的核心问题。神经网络含有充足的计算单元,可以通过学习远场畸变光斑实现相位复原。神经网络相位检索模型采用光强探测器件采集畸变光斑,探测稳定,且在强湍流畸变的条件下仍具有一定的应用前景。本文结合液晶空间光调制器灰度波面的控制方式,提出了一种新型反卷积神经网络模型。该模型实现输入畸变光斑图像、输出相位波面的功能,完整保留了高阶像差信息;并且直接输出控制波面,节省计算时间,有效的提高了探测精度及算法执行效率。液晶校正系统性能提升。本文校正系统中,液晶器件的时间延时导致其加载的校正波面与当前时刻的实际畸变相位不符,最终导致系统出现校正残差。根据大气湍流冻结假设,在一定的时间尺度内望远镜接收处大气湍流的运动具有一定的时间联系。因此可以通过图像预测算法对连续采样帧之间的运动矢量进行估计。本文采用自适应根模式搜索运动估计算法对反卷积神经网络探测得到的灰度信息进行估计与预测。仿真及实验证明,该方法对于不同的大气条件都具有一定的预测补偿效果,有效的提高了液晶系统的实时校正性能。为验证本文提出的方法,搭建了基于液晶校正的空间光耦合实验系统,采用反卷积神经网络模型对波前相位进行复原,由液晶空间光调制器进行相位补偿。对于均方根误差为0.67λ（λ=850nm）的静态波前像差,神经网络平均探测均方根误差为0.1107λ。但是,受限于目前校正系统的执行速度,系统带宽仅为1Hz。在系统带宽范围内,结合自适应根模式搜索算法,校正后终端平均耦合效率实现优于6d B的提升。总结来说,本文采用的液晶校正空间光耦合系统在静态与准动态相位畸变条件下优势明显。本论文针对自由空间激光通信系统所面临的大气湍流扰动问题展开研究工作,对基于液晶的校正技术进行了系统的阐述。通过提升液晶器件性能、设计新型人工神经网络探测模型以及估计预测湍流相位,在静态与准动态的大气湍流条件下明显的提高了空间激光通信的耦合性能。本论文的研究结果为液晶校正技术在空间激光通信中的应用提供了理论基础和新型技术支撑,有效地推动了实用化进程。虽然目前系统带宽还不能满足空间激光通信需求,但随着液晶器件与硬件设备的进一步发展,液晶校正技术在空间激光通信领域拥有着巨大的应用前景。
赵子云[3]（2021）在《自适应光学系统的建模和误差分析》文中提出地基大口径天文望远镜用于天文观测成像时图像分辨率深受大气湍流扰动影响,自适应光学技术的出现,使这一问题得到了显着改善。自适应光学系统通过实时探测并补偿畸变波前,克服大气湍流的扰动,使地基大口径光学望远镜获得近衍射极限的分辨率,这使得自适应光学技术具有旺盛的生命力和广泛的应用前景。由于装备有自适应光学系统的大口径地基天文光学望远镜造价高昂,耗费物力人力颇巨,因而通过有效的仿真模拟,能为设计和建造系统提供可参考的优化方案并有效规避错误,大大节省成本。因此,论文结合自适应光学技术的基本原理,仿真单重共轭系统到多重共轭自适应系统的闭环校正,并能在极大的系统参数域内实时计算一系列包括光点阵图、湍流相屏和校正成像图等在内的关键信息。主要内容如下:首先,论文针对信道内的畸变源大气湍流进行了研究。实时变化的湍流时刻改变着整个光传输信道内的折射率空间分布,来自恒星或卫星等目标源的光通过这些大气湍流受到扰动后,相位信息在时间和空间上发生变化。论文使用了不同的大气湍流结构函数结合功率谱反演法和泽尼克（Zernike）多项式法生成了湍流相位屏,并对其不同条件下的数值模拟效果进行了分析,对于谱反演法低频空间分量的缺失也采用了不同级次的次谐波进行补偿,最后结合理论相位结构函数对以上模拟进行了验证,得到了良好的模拟结果,为下一步的仿真分析打下了很好的基础。其次,对大视场高分辨率的多重共轭自适应光学系统中的波前重构方法进行了仿真分析。针对4导星的多重共轭离轴目标源的成像校正效果进行了仿真和模拟,获得了在离轴值25的情况下,各目标源残差约240nm左右的校正优化。最后,在构建完整的仿真系统基础上,论文研究了影响自适应光学系统性能的误差源,并建立了合理的数学模型。各项影响大口径地基自适应光学望远镜成像的因素很多,为获得近衍射极限的高分辨力成像效果,需要对系统的关键参数进行优化。论文分析了影响地基光学望远镜成像的误差源,建立了合理的误差评价模型。并利用仿真的方法对该模型进行了验证,对湍流条件、望远镜口径、采样频率、变形镜驱动器间距、导星等关键参数进行了优化分析。与仿真结果对比表明:误差模型预测精度在较好的观测条件下能达到30nm以内。该模型也为自适应光学系统在生物显微成像、眼底成像、激光大气通信等领域的应用提供了参考。从单重共轭到多重共轭,自适应光学系统发展得越来越复杂,参数繁多且耦合强,大多的参数选择都存在着折中取舍。本论文建立的仿真方法和误差模型,不仅可以为设计建造自适应光学系统提供有价值的参考,也可以为实际运行中的自适应光学系统的最佳工作参数选择提供依据,这不仅对于天文观测应用,对于自适应光学技术在眼底成像、激光大气通信等领域的应用也具有实际意义。
杨欣欣[4]（2021）在《激光主动照明成像质量提升研究》文中研究表明激光主动照明成像利用激光高亮度、高方向性、高单色性、相干性好等特点,可以克服被动成像的局限,实现对远距离、暗弱目标的照明,极大提高了光电成像系统的探测与识别能力。但是激光在大气信道中传输时,折射率随机起伏会破坏激光的相干性,导致光束漂移、光强起伏、波前畸变以及光束扩展等湍流现象,严重影响了光电成像系统的探测性能。本文主要研究了大气湍流对激光主动照明成像系统性能的影响,提出采用多光束多波长照明和事后图像处理两种方法来减小湍流起伏对主动成像系统的影响。工作主要包括以下几个方面:1、首先,我们研究了大气衰减效应和湍流效应对激光束传输的影响机理。以Rytov微扰近似理论为基础,给出了Kolmogorov谱弱湍流传输条件下照明光场大气相干长度与光场强度均值、闪烁指数的关系,分析了照明光场的湍流效应。2、基于弱起伏传输条件下照明光场的统计结果,从提升照明光场强度均匀性来提高主动成像系统性能的角度出发,分别提出了多光束照明多波长、多波长照明以及多光束多波长照明的方法抑制光学湍流闪烁,并对上述几种方法的有效性进行了理论验证。3、在理论验证完成的基础上,我们建立了基于MATLAB平台的主动照明成像仿真系统。利用Kolmogorov谱模型结合功率反演法,实现了对弱湍流大气的数值模拟。结合自由空间光传输和分步相位屏方法,建立了从发射光场到目标光场、经反射后再经大气传输至接收机的回波光场数值仿真模型。基于该主动照明仿真模型,我们进行了:（1）多光束发射湍流抑制仿真研究,（2）多波长发射湍流抑制仿真研究,（3）多光束多波长照明湍流抑制仿真研究。仿真结果与理论分析相吻合,验证了多光束多波长发射对于照明光场强度闪烁抑制的有效性。4、进行了主动照明实验室内与外场试验研究。在室内搭建了双光束多波长照明实验平台,基于该实验平台完成了:（1）单光束照明湍流现象实验研究,（2）2光束发射湍流抑制实验研究;（3）多波长照明湍流抑制实验研究;（4）两光束多波长湍流抑制实验研究。实验结果与仿真计算和理论分析相吻合,证明了多光束多波长发射对照明光场闪烁抑制的有效性。进行了主动照明外场试验,通过对主动照明条件下观测目标回波数据的测量,验证了主动照明技术对远距离目标回波强度提升的有效性。5、针对主动照明成像应用场景中,对暗弱目标成像时接收端采集的目标图样受到下行湍流的扰动以及探测器光子噪声影响的问题,我们提出了改进的空间调制相位差法。首先介绍了改进的空间调制相位差法的基本原理,并通过数值仿真和实验验证了该方法在波前探测和图像重建方面的卓越性能。
王彩玉[5]（2021）在《激光雷达探测大气湍流廓线数值仿真与实验分析》文中研究说明当激光在大气中传输时,随机起伏的折射率会引起光斑漂移、闪烁、波前畸变等一系列光学湍流效应,从而严重地制约了遥感成像系统和激光通信技术的发展。为了评估大气湍流对光学成像系统与激光通信系统的影响,需要对光学湍流的时空分布进行准确的测量。衡量大气湍流强度常用大气折射率结构常数,其随海拔高度的分布称为大气湍流廓线。开展差分波前激光雷达大气湍流廓线探测,有利于准确地获取高空间分辨率的大气湍流信息。数值仿真是理论基础的建模,可用于优化实验系统参数配置,同时可与实验结果相互验证。论文分析了差分波前激光雷达系统探测大气湍流廓线的原理和方法,着重开展了数值仿真研究,其与实验探测结果一起验证了差分波前激光雷达探测大气湍流廓线的可行性和可靠性。根据激光大气湍流相位屏传输理论、激光雷达传输方程和非相干成像原理,结合网格采样优化,数值仿真得到了差分波前激光雷达望远镜双孔径所成的两个光斑。根据不同高度处成像光斑的质心差分抖动方差,可进一步反演相应高度处的大气相干长度和大气折射率结构常数。在本文的仿真试验参数条件下,数值仿真结果分析可分为四部分:（1）空中光斑锐度直径随着湍流的增强,起伏量增大,即光束能量集中程度有较大的变化。（2）成像光斑的锐度直径在2 km以内迅速减小,2 km以外,缓慢减小。当仿真高度到达10 km时,成像光斑锐度直径减小至2.45×10-4 m。（3）通过对比仿真结果反演得到的大气湍流廓线与仿真输入的HV5/7（Hufnagel-Valley5/7）模型得到,两者在整体趋势上具有较好的一致性,初步证明差分波前激光雷达探测大气湍流原理及方法的可靠性。（4）为了探究不同参数对仿真试验结果的影响,设计了不同网格间距和传输次数的仿真试验。结果表明,选取较小的网格间距可减小仿真结果的误差。在条件允许的情况下尽可能获取较多的样本量,有利于准确有效地获得大气湍流廓线。利用自研的差分波前激光雷达系统开展了初步的实验探测,通过实验探测与数值仿真得到的回波光子数廓线的对比,发现两者具有较好的一致性。随后,对两者进行了相关性分析,复相关系数达0.98。经过对初步的实验探测结果处理,得到了大气相干长度随时间的变化,以及大气折射率结构常数的廓线分布。通过对实验结果分析,得到差分波前激光雷达具有可靠的探测性能。
苏元直[6]（2021）在《大气湍流信道涡旋光束自适应修复技术研究》文中研究说明不同轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）模式间的正交性为携带OAM的光束在自由空间光通信（Free Space Optical,FSO）领域应用提供了一个额外的维度,可以扩展其通信容量和频谱效率。因而近年来,携带轨道角动量的涡旋光一直是FSO领域的热门研究课题。然而,大气湍流（Atmospheric turbulence,AT）会造成波前畸变、OAM模间串扰,最终降低通信系统性能。因此,针对缓解大气湍流效应对光束传输影响的研究十分有必要。在这样的背景下,本论文主要研究了环形艾里涡旋光束（Circular Airy beam,CAB）与OAM光束的自适应修复技术,主要工作与成果如下:（1）研究了利用混合输入输出算法实现CAB的自适应相位恢复。为了达到这个目的,研究了CAB的基础理论并对其在大气湍流下的最大光强处以及光斑尺寸的变化趋势进行解析推导。利用随机相位屏法仿真研究了 CAB在大气湍流信道中的传输。研究了湍流对CAB的光强、相位以及螺旋相位谱等方面的影响,结合理论推导确定了用于指导探针光扩束的标准并将其应用在基于混合输入输出算法的相位探测算法中。（2）研究了基于相位分集技术的波前相位恢复方案。在光束传输理论的指导下完成了该相位恢复系统的仿真,利用泽尼克多项式实现了对引入相位函数的模拟,通过迭代优化实现了畸变波前探测的仿真。为降低计算量,引入主成分分析法,实现了数据降维,仿真研究了波前恢复系统中的离焦量,多项式阶数等参数对迭代修复效果的影响。（3）为优化基于相位分集技术的波前修复方案,研究了广义回归神经网络。在研究其网络层和模型结构的基础上将其引入基于相位分集的波前探测系统中,通过神经网络建立了探测面强度信息和预测泽尼克多项式系数间的映射。结合该系统实时性较高的优点提出了优化的方案,提高了系统的修复结果同时也为实际应用提供了更多可选的可选择方案。本论文为缓解大气湍流对光通信的影响,主要研究了作为信息载体的CAB以及基于相位分集技术的相位恢复算法,对FSO领域中OAM光通信克服湍流影响,优化信息传递效果具有指导作用。
吴书云[7]（2020）在《激光大气传输热晕效应及自适应光学校正的数值仿真和实验研究》文中研究表明激光在大气中传输时,会与大气相互作用进而产生一系列线性效应和非线性效应。其中,热晕效应是激光大气传输非线性效应中较为严重一种,造成了光束的畸变、扭曲、发散。受到热晕效应的影响,激光在大气中的有效传输受到了严重的限制,并且导致了激光传输的不稳定性,进而影响了光束质量。所以,对热晕效应进行研究以及找到减小热晕效应的方法,对于激光的有效应用具有重大意义。自适应光学被证实对热晕效应产生的相位畸变具有较好的补偿效果。论文对热晕效应进行了理论研究和数值仿真研究,对热晕效应相位补偿的自适应光学技术进行了理论和实验研究。本文验证了通过自适应光学系统对激光大气传输热晕效应进行相位补偿的可行性。本文的主要研究内容包括:第一,介绍了大气的组成气体,重点总结了激光大气传输非线性热晕效应,阐述了热晕效应的产生机理、影响热晕效应的因素和热晕效应的分类,对有风条件下和无风条件下的热晕效应进行了简要分析。并且总结了减小热晕效应的一些方法。对激光大气传输线性效应进行了简要概述。第二,将傍轴近似下的光束波动方程与流体力学方程相结合,在做了一些化简后,得到了能够描述热晕效应的方程组。之后对布拉德利-赫尔曼（Bradley-Hermann）热畸变参数ND、准直光束热畸变参数NC以及广义热畸变参数N都进行了相应介绍。第三,采用数值模拟的方法,以高斯光束、平顶光束、有中心遮拦的平顶光束为例,研究了激光在均匀大气传输过程中产生的稳态热晕效应。详细分析了发射功率、传输距离、光束直径、横向风速四种参数对热晕效应的影响,得到了以上三种光束的斯特列尔比和峰值偏移量随广义热畸变参数N的变化关系。数值仿真结果显示,在其他参数一致的情况下,发射功率越大、传输距离越长,热晕效应越强;而光束直径和横向风速的增加会减小热晕效应;仿真结果表明,不同激光强度分布对热晕效应的影响不同。同样广义热畸变参数N的条件下,高斯光束的热晕效应最严重,平顶光束次之,空心光束的热晕效应最小。同样通过数值模拟的方法对含时热晕进行了研究。数值模拟得到聚焦高斯光束远场光斑随时间变化的规律。通过分析远场光斑的峰值偏移量Δx/a、83.8%环围能量半径和峰值斯特列尔比SR来评价含时热晕对激光光束质量的影响。数值模拟结果表明,随着时间的演变,受到热晕效应影响的激光光束质量下降,具体表现为光束发生偏折,远场光斑不断发生扩展,峰值斯特列尔比下降,但是最终趋于稳定。第四,介绍了自适应光学系统在激光大气传输热晕效应相位补偿中的应用,通过数值仿真模拟了自适应光学系统补偿热晕效应相位畸变的校正效果,并且对稳态热晕效应的泽尼克模式波前校正做了数值仿真分析,仿真结果表明,当Bradley-Hermann热畸变数ND为50左右时,自适应光学系统的闭环运行对热晕相位补偿有很好的效果。另外,当ND小于250时,自适应光学系统可以改善远场光斑的光束质量。选择合适的泽尼克重构阶数对热晕效应的校正效率以及校正范围都有重要意义。第五,通过实验研究了热晕效应自适应光学系统的相位补偿问题。采用自适应光学系统对波长为1.064-μm的激光的热晕效应产生的畸变相位进行了补偿。实验中,用乙醇（CH3CH2OH）代替水平大气作为吸收介质,通过移动携带吸收介质的平台产生模拟横向风速。实验结果表明,热晕效应经过自适应光学系统闭环补偿,激光的远场光束质量得到了改善,与数值计算结果一致。本文针对激光大气传输热晕效应进行了深入的理论研究,并且应用自适应光学系统对其进行了相位补偿,对热晕效应校正的问题提出了一种具体方案和解决方法。本研究可为激光在大气介质中高效传输的工程应用提供参考价值。
陆长明[8]（2020）在《中高轨目标光电探测与成像技术研究》文中进行了进一步梳理太空是人类正在开发的制高点,各经济大国均大力发展航天力量,争相进入太空、利用天空,占领有限轨位资源和频谱资源。目前每年开展数百次的航天发射,太空中运行中数千颗在轨在用卫星,产生了几十万个空间碎片。为了确保航天发射路径畅通无阻,规避在轨在用卫星与空间碎片的碰撞,保护太空中现有商业卫星安全,应该对空间碎片和卫星进行编目管理和识别,对太空中昂贵的在用人造卫星进行碎片碰撞预警。编目管理和识别一般包括搜索发现、跟踪测量和成像识别三个过程,即分辨目标“在哪里”、“是谁”、“是死是活”、“用途是什么”等。中高轨道上分布着红外侦察、卫星通信、全球导航等具有重大价值的卫星,目前光电望远镜是中高轨目标探测与识别唯一有效的地基手段,本文主要研究中高轨目标的探测与成像技术,根据地球同步轨道上空间目标运动特征,研究搜索策略、测量精度检测、远距离高分辨成像等技术,重点解决工程应用与总体设计中遇到的难题,具体研究内容如下:（1）搜索发现中高轨道目标是探测与识别的前提条件,国内用于搜索中高轨目标的大视场光电望远镜数量较少,所以应挖掘现有望远镜资源的潜能,努力提高望远镜搜索效率。本文提出了一种分区折返的搜索方法,结合地平式望远镜步进方式和地球同步轨道带空间目标分布特点,将地球同步轨道带分为三个区,采用不同的搜索策略,此方法减少了地平式光电望远镜搜索地球同步轨道带空间目标的运动轨迹,提高了地平式望远镜搜索地球同步轨道带空间目标的搜索效率,实现对地球同步轨道带高效全区域覆盖。（2）中高轨目标探测光电望远镜在外场完成安装调试后,需要鉴定其天文定位和轴系定位精度。受限于外场恶劣环境和有限条件,无法采用传统的精度鉴定方法,考虑到中高轨目标探测光电望远镜的探测能力较强,在分析光电望远镜定位基本原理的基础上,探讨利用GPS卫星或北斗卫星鉴定大口径望远镜测量精度的理论方法,依据定期公布的精密星历,在协议地球坐标系、真地球坐标系、真天球坐标系、平天球坐标系、协议天球坐标系之间进行坐标转换,消除岁差、章动、极移等影响,解算望远镜观测时刻GPS或北斗卫星以观测者为中心天球赤道坐标系中的视赤经、视赤纬、方位角和俯仰角,作为理论值,鉴定大口径光电望远镜天文定位和轴系定位的精度。此方法可用于大口径光电望远镜外场检测验收或日常标定中。（3）获取形体特征是目标识别最直观的手段,大口径光电望远镜能够有效对低轨目标高分辨成像。本文初步探讨了对中高轨目标成像的大口径光电望远镜技术,口径应大于100m。大气湍流严重影响了地基大口径光电望远镜的成像分辨率,应该为其配置百万单元的自适应光学系统和激光导引星,校正大气湍流的影响。本文探讨了激光导引星的原理和若干问题,仿真了自适应光学系统。采用斜率平均法、质心偏移法和圆形孔径内的Zernike系数分解法仿真实现三种外形的哈特曼-夏克波前传感器。采用直接斜率法仿真实现了波前处理机的波前复原算法。波前校正器采用高斯模型仿真实现。（4）鉴于难以研制满足中高轨探测需求的超大口径光电望远镜,本文研究了新的超远距离成像技术:强度相干技术和傅里叶望远镜技术。在分析强度相干成像原理和测量原理的基础上,设计并开展了改进的室内强度相干模拟实验,对实物进行成像,验证了强度相干理论的正确性。针对原有强度相干模拟实验成像过程复杂、测量信噪比低、仿真数据不准确等缺点,设计了新的室内强度相干模拟实验方法,利用此种方法更为简单地对目标强度相干成像,降低了模拟实验复杂度,且能够更为真实的模拟强度相干成像的噪声分布。（5）为了便于开展傅里叶望远镜新技术研究,分析系统性能、评估成像效果,本文在研究傅里叶望远镜数学模型的基础上,简化物理模型和工作流程,实现了傅里叶望远镜成像的全过程仿真。采用高斯光束模拟激光器发射地光束,大气相位屏模拟大气湍流对激光波前相位畸变的影响,实现两束和三束光束的干涉,合理选择三束发射器进行相位闭合抵消大气湍流影响,干涉条纹与目标形状叠加后收集光能量并解调所需信号,通过共轭对称填补剩余象限的空间频谱,最终使用傅里叶逆变换恢复目标形状。（6）在研究剪切光束成像原理的基础上,研究了口字形排布的四束光代替传统L形三束剪切光照射目标,提出了一种四光束剪切光束成像目标重构算法。
崔娜梅[9]（2020）在《相位差法校正涡旋光束波前畸变的实验研究》文中认为涡旋光束是一种携带轨道角动量（Orbital Angular Momentun,OAM）的光束,其光强分布为一中空环形、相位分布为一特殊螺旋状。由于OAM理论上具有无限多维度,且携带不同OAM模式的涡旋光束之间具有相互正交的特性,因此将多个涡旋光束进行叠加复用后作为信息传输的载体用于无线光通信系统可以大幅提高通信的容量及频谱效率。然而涡旋光束在自由空间中传输时受大气湍流扰动的影响,会产生相位畸变、光强闪烁、光束扩展等现象,从而影响信息传输的可靠性。本文以此为背景,深入的研究了基于相位差（Phase Diversity,PD）算法的无波前传感校正技术对涡旋光束波前畸变校正补偿的可行性。本文研究的主要工作如下:1、涡旋光束在大气湍流中的波前畸变。根据涡旋光束和Kolmogorov谱模型的基础理论仿真了拉盖尔-高斯光束的光强和相位分布,并对比分析了几种常用大气湍流相位屏模拟方法的优缺点;基于多相位屏模型分析了拉盖尔-高斯光束经过大气湍流扰动后的波前畸变和轨道角动量串扰情况。2、基于PD算法的无波前传感校正技术对涡旋光束修正补偿的仿真研究。根据经典的自适应光学（Adaptive Optics,AO）校正系统求解模型,采用PD算法作为无波前探测技术对畸变涡旋光束的校正补偿效果展开了数值模拟研究。3、PD法校正补偿畸变涡旋光束的实验研究。基于设计的PD自适应光学校正技术的整体系统模型搭建了实际的光学实验平台,通过大量的实验验证了 PD算法校正补偿畸变涡旋光束的可行性。结果表明:基于PD算法的无波前传感自适应校正系统可有效地校修正补偿涡旋光束的波前畸变,单个和叠加态涡旋光束的相对功率校正后可分别提高至0.85和0.8左右,减小了模式间的串扰,提高了收敛速度,且涡旋光束的校正效果随拓扑荷数的减小而提高,实验与仿真结果保持一致。
李梅[10]（2020）在《光束波前畸变的本征模式法校正实验研究》文中研究表明在自由空间光通信（Free Space Optics Communication,FSOC）中,信号光在通信过程中不可避免会受到大气湍流的影响,使得信号光波前发生畸变。为了提高FSOC系统的通信质量,自适应光学技术得到了广泛研究,其中基于模式法的无波前传感器自适应光学（Wavefront Sensorless Adaptive Optics,WSAO）技术因其校正速度快而拥有巨大的应用潜力。本文主要研究基于变形镜本征模式法的WSAO技术对FSOC系统中畸变光斑的校正情况。本文主要工作如下:1、使用基于Hill谱的功率谱反演法模拟不同强度的大气湍流,并对不同强度大气湍流影响下的畸变光斑进行模拟分析;介绍了 WSAO系统的各个组成部分及工作原理,并对常见的光束质量评价指标表达式进行推导。2、根据69单元高速变形镜的促动器影响函数推导了其对应的69阶变形镜本征模式;结合菲涅尔衍射和多相位屏传输原理建立了系统仿真模型,分析了不同情况时模式系数偏置的最佳取值,以斯特列尔比为评价指标研究了该方法对畸变光斑的校正能力;以系统快速收敛比为指标对变形镜本征模式法的校正性能进行了分析;并对多种校正算法进行了数值仿真,分析比较了各算法之间的不同之处。3、搭建室内、室外实验光路对系统实用性进行了验证。室内实验结果发现该方法可以将系统的斯特列尔比由0.11、0.32、0.56分别提高到0.57、0.71、0.88;室外实验结果证实了该方法可以校正由动态大气湍流引起的波前畸变,且系统斯特列尔比可以维持在0.85左右。本文研究结果表明:基于变形镜本征模式法的无波前传感器自适应光学技术可有效的校正FSOC系统中因大气湍流效应而引起的波前畸变,并且算法收敛速度快,在实际应用中具有明显效果。
二、大气相位畸变的分层模型及模拟探测实验（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、大气相位畸变的分层模型及模拟探测实验（论文提纲范文）
（1）卫星激光通信系统信号传输与识别方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景与研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 卫星激光通信发展现状 |
| 1.2.2 卫星激光通信传输保障性技术现状 |
| 1.2.3 信号调制格式识别技术现状 |
| 1.3 本文的主要工作 |
| 1.4 论文组织结构 |
| 第二章 大气湍流特性与信道建模方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 大气湍流特性概述 |
| 2.2.1 大气湍流产生原理 |
| 2.2.2 柯尔莫哥洛夫湍流理论 |
| 2.3 基于多相位屏的湍流信道建模方法 |
| 2.4 激光的光强分布模型 |
| 2.4.1 Log-Normal模型 |
| 2.4.2 Gamma-Gamma模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 大气激光传播特性与自适应光学补偿方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 大气激光传输特性 |
| 3.2.1 光的波动方程与菲涅尔衍射 |
| 3.2.2 高斯光束的传输特性 |
| 3.2.3 基于光强变化指数的湍流影响衡量方法 |
| 3.3 基于HIOA的自适应光学补偿方法 |
| 3.3.1 设计思路 |
| 3.3.2 基于HIOA的波前相位重构原理及实现 |
| 3.4 基于HIOA的自适应光学补偿方法性能分析 |
| 3.4.1 仿真设置 |
| 3.4.2 仿真结果分析 |
| 3.5 本章小节 |
| 第四章 基于分区分形特征和支持向量机的单载波信号识别 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于分区分形特征和支持向量机的单载波信号识别方法 |
| 4.2.1 设计思路 |
| 4.2.2 基于FDR的特征提取算法 |
| 4.2.3 基于支持向量机的分类器设计 |
| 4.3 基于分区分形特征和支持向量机的单载波信号识别方法性能分析 |
| 4.3.1 仿真设置 |
| 4.3.2 自由空间信道中的识别性能 |
| 4.3.3 大气时变信道中的识别性能 |
| 4.4 本章小节 |
| 第五章 基于多特征输入和混合训练神经网络的多载波信号识别 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于多特征输入和混合训练神经网络的多载波信号识别方法 |
| 5.2.1 设计思路 |
| 5.2.2 OFDM信号模型及特征 |
| 5.2.3 基于多特征输入的混合训练神经网络结构设计 |
| 5.2.4 基于多特征输入的混合训练神经网络训练过程 |
| 5.3 基于多特征输入和混合训练神经网络的多载波信号识别方法性能分析 |
| 5.3.1 仿真设置 |
| 5.3.2 自由空间信道中的识别性能 |
| 5.3.3 大气时变信道中的识别性能 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 缩略语 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录和其他成果 |
（2）基于液晶校正的空间光耦合技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 空间激光通信技术 |
| 1.1.1 空间激光通信系统的挑战 |
| 1.1.2 提高空间激光耦合性能的方法 |
| 1.2 液晶波前校正技术 |
| 1.2.1 液晶校正技术研究现状 |
| 1.2.2 液晶校正技术存在的问题 |
| 1.3 波前探测技术及研究现状 |
| 1.3.1 传统的波前探测技术 |
| 1.3.2 神经网络相位检索技术 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 第2章 大气效应对空间激光耦合性能的影响 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 大气效应的物理结构 |
| 2.2.1 大气效应的空间描述 |
| 2.2.2 大气效应的时间描述 |
| 2.2.3 大气效应的相位模拟 |
| 2.3 耦合效率的影响因素 |
| 2.3.1 耦合效率的定义 |
| 2.3.2 位置偏移与耦合效率的关系 |
| 2.3.3 校正系统对耦合效率的影响 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 液晶空间光调制器性能优化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 液晶相位响应特性 |
| 3.2.1 夫琅禾费衍射光栅 |
| 3.2.2 相位调制特性测量 |
| 3.2.3 二元光学与衍射效率 |
| 3.3 液晶响应速度提升 |
| 3.3.1 液晶弛豫特性 |
| 3.3.2 过压驱动原理 |
| 3.4 实验与仿真 |
| 3.4.1 液晶响应测试实验 |
| 3.4.2 对象特性对比 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 神经网络相位检索技术 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 反卷积神经网络模型 |
| 4.2.1 神经网络结构 |
| 4.2.2 神经网络应用实现 |
| 4.2.3 训练与测试数据集 |
| 4.3 反卷积神经网络探测仿真 |
| 4.3.1 焦点与离焦像差探测 |
| 4.3.2 单幅离焦像差探测 |
| 4.4 实验与结果 |
| 4.4.1 实验平台 |
| 4.4.2 离焦与焦点探测实验 |
| 4.4.3 单幅离焦图探测实验 |
| 4.5 小结 |
| 第5章 液晶校正延迟的运动估计技术 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 时序大气湍流模拟 |
| 5.3 运动估计技术 |
| 5.3.1 自适应根模式搜索算法 |
| 5.3.2 基于灰度的运动估计 |
| 5.4 ARPS算法运动估计 |
| 5.4.1 ARPS算法预测仿真 |
| 5.4.2 ARPS算法预测实验 |
| 5.5 小结 |
| 第6章 液晶校正的空间光耦合系统实验 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验平台 |
| 6.3 实验与结果 |
| 6.3.1 静态校正耦合实验 |
| 6.3.2 动态校正耦合实验 |
| 6.4 小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）自适应光学系统的建模和误差分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 自适应光学研究背景 |
| 1.2 国内外进展 |
| 1.2.1 自适应光学研究进展 |
| 1.2.2 AO系统研究进展 |
| 1.3 目前存在的问题 |
| 1.4 研究意义及文章结构 |
| 第二章 自适应光学系统原理 |
| 2.1 自适应光学器件 |
| 2.1.1 波前探测器 |
| 2.1.2 波前校正器 |
| 2.1.3 波前控制器 |
| 2.2 波前数据处理算法 |
| 2.2.1 基于模式的波前处理法 |
| 2.2.2 基于斜率的波前数据处理方法 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 大气湍流的数值模拟 |
| 3.1 功率谱反演法 |
| 3.1.1 湍流结构函数 |
| 3.1.2 大气湍流功率谱 |
| 3.1.3 湍流相位屏模拟 |
| 3.1.4 次谐波 |
| 3.2 Zernike多项式法 |
| 3.2.1 系数协方差矩阵 |
| 3.2.2 karhunen-loeve展开 |
| 3.3 大气湍流模拟及验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 多重共轭自适应光学系统 |
| 4.1 星向多层共轭 |
| 4.2 层析模式重构 |
| 4.3 层析模式MCAO仿真 |
| 4.3.1 系统基本参数 |
| 4.3.2 大气湍流环境 |
| 4.3.3 目标源与导星 |
| 4.3.4 数值仿真及结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 自适应光学系统误差分析 |
| 5.1 系统模型 |
| 5.1.1 AO系统控制模型 |
| 5.1.2 湍流功率谱 |
| 5.1.3 噪声功率谱 |
| 5.2 AO系统的误差模型 |
| 5.2.1 AO系统的带宽误差 |
| 5.2.2 波前探测器的测量误差 |
| 5.2.3 波前校正器的拟合误差 |
| 5.2.4 角度非等晕误差 |
| 5.2.5 激光导星的锥效应 |
| 5.2.6 其他误差 |
| 5.3 模拟及分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 主要工作内容及结论 |
| 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文 |
（4）激光主动照明成像质量提升研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 激光主动成像系统关键技术研究 |
| 1.2.1 波长选择 |
| 1.2.2 距离选通技术 |
| 1.3 国内外研究进展 |
| 1.3.1 主动照明技术国内外研究现状 |
| 1.3.2 湍流抑制技术研究 |
| 1.4 本文研究的主要内容 |
| 第2章 随机介质中的光场传输理论 |
| 2.1 大气的光学性质 |
| 2.1.1 随高度变化的大气结构 |
| 2.1.2 大气的吸收与散射 |
| 2.1.3 大气湍流 |
| 2.2 真空中的主动照明光传输理论 |
| 2.3 大气湍流中的光传输理论 |
| 2.3.1 折射率功率谱模型 |
| 2.3.2 大气湍流中的波传输分析方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 激光主动成像光场闪烁抑制研究 |
| 3.1 多光束照明湍流效应抑制原理 |
| 3.2 多波长照明湍流抑制原理 |
| 3.2.1 多波长照明光场描述 |
| 3.2.2 弱湍流起伏下的闪烁指数 |
| 3.3 多光束多波长湍流抑制原理 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 激光主动成像湍流抑制的仿真分析 |
| 4.1 单光束激光主动照明成像仿真 |
| 4.1.1 单光束真空传输主动照明仿真 |
| 4.1.2 单光束激光大气主动照明仿真 |
| 4.2 多光束单波长湍流效应抑制仿真研究 |
| 4.3 多波长单光束湍流效应抑制仿真研究 |
| 4.4 多光束多波长湍流效应抑制仿真研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 激光主动成像实验研究 |
| 5.1 室内激光主动成像湍流抑制实验 |
| 5.1.1 大气湍流模拟系统 |
| 5.1.2 单光束单波长照明实验 |
| 5.1.3 多光束单波长湍流抑制实验 |
| 5.1.4 单光束多波长湍流抑制实验 |
| 5.1.5 多光束多波长湍流抑制实验 |
| 5.2 主动照明外场试验 |
| 5.2.1 试验系统搭建 |
| 5.2.2 试验内容及分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 基于空间调制技术的波前探测与图像复原研究 |
| 6.1 空间调制相位差法基本原理 |
| 6.1.1 光瞳大小调制相位差法 |
| 6.1.2 快门空间调制相位差法 |
| 6.2 噪声模型 |
| 6.2.1 泊松噪声 |
| 6.2.2 高斯噪声 |
| 6.3 光束质量评价 |
| 6.4 改进的空间调制相位差法 |
| 6.4.1 改进的光瞳大小调制技术研究 |
| 6.4.2 改进的快门空间调制技术 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结和展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（5）激光雷达探测大气湍流廓线数值仿真与实验分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 数值仿真方法 |
| 1.2.2 实验探测技术 |
| 1.3 论文研究内容及结构安排 |
| 第2章 探测大气湍流廓线激光雷达技术和方法 |
| 2.1 差分像移激光雷达 |
| 2.2 差分光柱激光雷达 |
| 2.3 Cross-Path激光雷达 |
| 2.4 光强闪烁激光雷达 |
| 2.5 差分波前激光雷达 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 大气湍流廓线数值仿真理论模型 |
| 3.1 仿真系统模型 |
| 3.2 激光束在大气湍流中传输模型 |
| 3.2.1 激光束传输模型 |
| 3.2.2 湍流相位屏 |
| 3.2.3 大气分子和气溶胶粒子消光模型 |
| 3.3 网格采样优化 |
| 3.4 非相干成像 |
| 3.5 反演湍流廓线模型 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 数值仿真结果 |
| 4.1 湍流相位屏的检验 |
| 4.2 仿真光斑特征 |
| 4.2.1 空中光斑特征 |
| 4.2.2 成像光斑特征 |
| 4.3 廓线反演结果及影响因素分析 |
| 4.3.1 大气湍流廓线仿真反演结果 |
| 4.3.2 网格设计的影响 |
| 4.3.3 采样帧数的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 实验探测分析 |
| 5.1 回波光子数 |
| 5.1.1 实验探测的回波光子数计算 |
| 5.1.2 数值仿真与实验探测的回波光子数对比 |
| 5.2 大气湍流探测结果 |
| 5.2.1 大气相干长度 |
| 5.2.2 大气湍流廓线 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 存在问题及展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（6）大气湍流信道涡旋光束自适应修复技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 缩略语 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 环形艾里光束研究现状 |
| 1.2.2 自适应光学技术在OAM光通信中的发展 |
| 1.3 本论文研究的内容和结构 |
| 第二章 环形艾里光束在大气湍流中的传播特性及修复研究 |
| 2.1 CAB涡旋光束在大气湍流中的传输特性研究 |
| 2.1.1 CAB涡旋光束 |
| 2.1.2 大气湍流效应 |
| 2.1.3 大气湍流信道建模 |
| 2.1.4 大气折射率功率谱密度函数 |
| 2.2 基于HIOA的Airy涡旋光束修复 |
| 2.2.1 自适应光学原理 |
| 2.2.2 HIOA自适应光学系统设计 |
| 2.2.3 OAM光束的修复性能评价 |
| 2.2.4 Airy涡旋光束自适应修复优化 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 基于相位分集的波前探测研究 |
| 3.1 基于相位分集的波前探测系统设计 |
| 3.1.1 相位分集概念与原理 |
| 3.1.2 泽尼克多项式表示相位扰动 |
| 3.1.3 基于PD的波前求解 |
| 3.2 基于相位分集的波前探测系统仿真模拟 |
| 3.2.1 基于PD的探测系统设计 |
| 3.3 相位分集技术中的优化策略 |
| 3.3.1 基于主成分分析的探测数据压缩 |
| 3.3.2 泽尼克多项式选择策略 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于广义回归神经网络的相位分集波前探测技术研究 |
| 4.1 神经网络概述 |
| 4.1.1 相位分集算法中神经网络的引入 |
| 4.1.2 广义回归神经网络 |
| 4.2 基于神经网络的波前探测模型研究 |
| 4.2.1 样本数据的采集与处理 |
| 4.2.2 通过神经网络实现相位预测 |
| 4.3 OAM光束自适应修复效果研究 |
| 4.3.1 仿真结果分析 |
| 4.3.2 修复效果的优化 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 研究总结 |
| 5.2 前景展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间取得的研究成果 |
（7）激光大气传输热晕效应及自适应光学校正的数值仿真和实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 自适应光学系统相位补偿热晕校正的理论分析 |
| 1.3.1 自适应光学的起源及发展历程 |
| 1.3.2 自适应光学技术在补偿激光大气传输效应中的应用 |
| 1.3.3 自适应光学系统 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 大气组成及激光大气传输效应 |
| 2.1 大气的组成气体 |
| 2.2 激光大气传输效应 |
| 2.2.1 大气吸收 |
| 2.2.2 大气湍流 |
| 2.2.3 热晕效应 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 激光大气传输热晕方程 |
| 3.1 激光传输方程的推导 |
| 3.1.1 麦克斯韦电磁理论 |
| 3.1.2 近轴光束标量波动方程 |
| 3.2 流体力学方程 |
| 3.2.1 流体力学方程组 |
| 3.2.2 等压近似下的热畸变效应 |
| 3.3 结构(LORENZ)关系 |
| 3.4 准直激光光束的热畸变参数(Bradley-Hermann)ND的推导 |
| 3.4.1 高斯光束 |
| 3.4.2 平顶光束 |
| 3.5 准直光束热畸变参数NC的推导 |
| 3.6 广义热畸变参数N的引入 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 热晕效应的数值模拟 |
| 4.1 仿真软件Easy Laser的介绍及使用 |
| 4.1.1 仿真软件Easy Laser的介绍 |
| 4.1.2 仿真软件Easy Laser的使用 |
| 4.2 光束质量评价 |
| 4.3 连续激光稳态热晕效应的数值模拟 |
| 4.3.1 发射功率对热晕效应的影响 |
| 4.3.2 传输距离对热晕效应的影响 |
| 4.3.3 光束直径对热晕效应的影响 |
| 4.3.4 横向风对热晕效应的影响 |
| 4.4 时间对热晕效应的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 自适应光学相位补偿热晕校正的仿真 |
| 5.1 热晕效应自适应光学校正的数值模拟分析 |
| 5.1.2 系统仿真参数设置 |
| 5.1.3 仿真结果 |
| 5.2 模式法校正热晕效应的数值仿真分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 热晕效应的模拟及自适应光学校正的实验 |
| 6.1 热晕效应室内模拟的实现 |
| 6.2 热晕效应自适应光学校正的室内实验方案 |
| 6.3 热晕效应自适应光学校正的结果与分析 |
| 6.3.1 实验结果 |
| 6.3.2 实验结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 本论文的主要研究内容 |
| 7.2 本论文的主要创新点 |
| 7.3 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（8）中高轨目标光电探测与成像技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景 |
| 1.1.1 空间目标探测需求 |
| 1.1.2 中高轨目标概述 |
| 1.1.3 中高轨目标光电探测分析 |
| 1.2 国外中高轨探测现状 |
| 1.2.1 国外中高轨测量现状 |
| 1.2.2 国外中高轨成像现状 |
| 1.3 国内中高轨目标探测现状 |
| 1.3.1 国内中高轨测量现状 |
| 1.3.2 国内中高轨成像现状 |
| 1.4 论文研究内容 |
| 第2章 中高轨目标搜索策略研究 |
| 2.1 搜索策略 |
| 2.2 搜索结果 |
| 2.3 搜索步骤 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 中高轨目标测量精度检测方法研究 |
| 3.1 基本测量原理 |
| 3.1.1 探测原理和光学设计 |
| 3.1.2 轴系定位原理 |
| 3.1.3 天文定位原理 |
| 3.1.4 GPS和北斗卫星简介 |
| 3.2 利用GPS卫星鉴定测量精度流程 |
| 3.2.1 精密星历获取 |
| 3.2.2 插值处理 |
| 3.2.3 时间关系转换 |
| 3.2.4 天文定位的坐标转换 |
| 3.2.5 轴系定位的坐标转换 |
| 3.2.6 试验数据应用 |
| 3.3 利用北斗精密星历鉴定测量精度 |
| 3.3.1 可行性分析 |
| 3.3.2 试验数据应用 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 大口径光电成像望远镜技术研究 |
| 4.1 中高轨目标光学成像技术总述 |
| 4.2 大口径光电成像望远镜原理浅析 |
| 4.3 自适应光学系统 |
| 4.3.1 波前传感器工作原理 |
| 4.3.2 波前复原算法 |
| 4.3.3 波前校正器工作原理 |
| 4.4 激光导引星 |
| 4.4.1 激光导引星的必要性 |
| 4.4.2 激光导引星的原理 |
| 4.4.3 存在的局限性 |
| 4.4.4 实现激光导引星的若干问题 |
| 4.5 大口径望远镜设计与仿真 |
| 4.5.1 光电望远镜设计 |
| 4.5.2 波前传感器仿真 |
| 4.5.3 直接斜率法仿真 |
| 4.5.4 波前校正器的仿真实现 |
| 4.6 小结 |
| 第5章 强度相干成像技术研究 |
| 5.1 强度相干成像原理 |
| 5.1.1 光场相干性 |
| 5.1.2 Van Citter-Zernike定理 |
| 5.1.3 图像恢复 |
| 5.2 强度相干测量原理 |
| 5.3 有边界限制的极大似然频谱模值估计算法 |
| 5.3.1 频谱模值估计原理 |
| 5.3.2 频谱模值估计方法 |
| 5.3.3 数值计算分析验证 |
| 5.4 强度相干试验平台构建 |
| 5.4.1 实验设计 |
| 5.4.2 实验实现 |
| 5.4.3 实验验证 |
| 5.5 小结 |
| 第6章 傅里叶望远镜技术研究 |
| 6.1 傅里叶望远镜数学模型 |
| 6.1.1 傅里叶望远镜成像原理 |
| 6.1.2 两个发射器形成单一条纹 |
| 6.1.3 相位闭合技术 |
| 6.2 空间频谱成像 |
| 6.2.1 光学传递函数基本概念 |
| 6.2.2 光学传递函数成像系统中的应用 |
| 6.2.3 深入理解光学传递函数 |
| 6.3 物理建模仿真实现 |
| 6.3.1 原理演示验证系统设想 |
| 6.3.2 简化模型 |
| 6.3.3 激光器 |
| 6.3.4 发射器布局 |
| 6.3.5 误差源分析 |
| 6.3.6 大气建模 |
| 6.4 仿真结果 |
| 6.4.1 目标处干涉条纹仿真结果 |
| 6.4.2 目标参数设置 |
| 6.4.3 恢复计算过程 |
| 6.4.4 图像恢复结果 |
| 6.5 小结 |
| 第7章 剪切光束成像技术研究 |
| 7.1 剪切光束成像原理 |
| 7.1.1 成像原理 |
| 7.1.2 信噪比分析 |
| 7.1.3 大气补偿 |
| 7.2 四光束剪切光束成像目标重构算法研究 |
| 7.2.1 四光束剪切光束成像理论 |
| 7.2.2 四光束图像复原算法 |
| 7.2.3 四光束剪切光束成像 |
| 7.3 小结 |
| 第8章 总结与展望 |
| 8.1 本文的主要创新点和工程应用价值 |
| 8.2 下一步研究方向 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（9）相位差法校正涡旋光束波前畸变的实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 自适应光学校正技术的研究现状 |
| 1.2.2 相位差法的研究现状 |
| 1.2.3 涡旋光束自适应光学校正技术的发展趋势 |
| 1.3 论文结构 |
| 2 涡旋光束在大气湍流中的波前畸变 |
| 2.1 涡旋光束的基础理论 |
| 2.2 大气湍流相位屏模拟 |
| 2.2.1 功率谱反演法 |
| 2.2.2 泽尼克多项式法 |
| 2.2.3 分形法 |
| 2.3 多相位屏法 |
| 2.4 涡旋光束经大气传输的波前畸变 |
| 2.4.1 LG光束的畸变相位 |
| 2.4.2 LG光束的模式串扰特性 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 相位差法的基础理论与数值仿真 |
| 3.1 相位差法 |
| 3.1.1 相位差无波前探测原理 |
| 3.1.2 波前恢复算法 |
| 3.1.3 基于目标函数的优化求解 |
| 3.2 基于相位差算法的自适应光学校正技术 |
| 3.2.1 校正原理 |
| 3.2.2 波前校正器 |
| 3.3 相位差法校正补偿涡旋光束的数值仿真 |
| 3.3.1 相位差法校正单个涡旋光束的仿真结果 |
| 3.3.2 相位差法校正叠加态涡旋光束的仿真结果 |
| 3.4 相位差法与GS算法的比较 |
| 3.4.1 PD算法的收敛性分析 |
| 3.4.2 GS算法的收敛性分析 |
| 3.4.3 讨论与分析 |
| 3.5 本章小节 |
| 4 基于相位差算法校正畸变涡旋光束的实验研究 |
| 4.1 实验装置 |
| 4.1.1 涡旋光束的产生 |
| 4.1.2 畸变波前的模拟 |
| 4.1.3 基于相位差算法的无波前校正补偿 |
| 4.2 实验分析 |
| 4.2.1 单个涡旋光束波前校正的实验结果与分析 |
| 4.2.2 叠加态涡旋光束波前校正的实验结果与分析 |
| 4.2.3 实验误差分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 研究小结 |
| 5.2 前景展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间研究成果 |
（10）光束波前畸变的本征模式法校正实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 自由空间光通信的发展及现状 |
| 1.2.2 自适应光学控制算法的发展及现状 |
| 1.2.3 自适应光学技术在自由空间光通信中的应用现状 |
| 1.3 论文结构及安排 |
| 2 畸变波前模拟及无波前传感器自适应光学系统原理 |
| 2.1 畸变波前模拟 |
| 2.1.1 大气湍流相位屏 |
| 2.1.2 激光大气湍流效应 |
| 2.2 无波前传感器自适应光学校正原理 |
| 2.2.1 无波前传感器自适应光学系统应用 |
| 2.2.2 成像探测器 |
| 2.2.3 波前校正器 |
| 2.2.4 波前控制器 |
| 2.3 光束质量评价指标 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 无波前传感器自适应光学控制算法研究 |
| 3.1 基于无模型优化算法的无波前传感器自适应光学校正 |
| 3.1.1 随机并行梯度下降算法 |
| 3.1.2 模拟退火算法 |
| 3.2 基于几何光学原理的无波前传感器自适应光学校正 |
| 3.3 基于模式法的无波前传感器自适应光学校正 |
| 3.3.1 Lukosz模式 |
| 3.3.2 变形镜本征模式 |
| 3.3.3 变形镜本征模式法校正原理 |
| 3.4 讨论与分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 基于变形镜本征模式法的畸变波前校正仿真 |
| 4.1 仿真流程及方法 |
| 4.2 变形镜建模及其本征模式 |
| 4.2.1 变形镜建模 |
| 4.2.2 变形镜本征模式 |
| 4.3 模式偏置系数对校正结果的影响 |
| 4.4 基于变形镜本征模式法的畸变波前校正数值仿真 |
| 4.4.1 变形镜本征模式法校正畸变波前的仿真结果 |
| 4.4.2 变形镜本征模式法性能分析 |
| 4.5 不同校正算法的对比 |
| 4.5.1 基于Lukosz模式对畸变波前校正的数值仿真 |
| 4.5.2 无模式优化算法对畸变波前校正的数值仿真 |
| 4.5.3 校正结果讨论与分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 基于变形镜本征模式法的畸变波前校正实验研究 |
| 5.1 变形镜影响函数及其本征模式的测量 |
| 5.2 静态像差校正实验 |
| 5.2.1 实验系统 |
| 5.2.2 实验装置 |
| 5.2.3 畸变光斑模拟 |
| 5.2.4 实验结果分析 |
| 5.3 外场实验 |
| 5.3.1 实验系统 |
| 5.3.2 实验装置 |
| 5.3.3 实验结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 展望未来 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间研究成果 |
四、大气相位畸变的分层模型及模拟探测实验（论文参考文献）
- [1]卫星激光通信系统信号传输与识别方法研究[D]. 李姗姗. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]基于液晶校正的空间光耦合技术研究[D]. 郭弘扬. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2021(08)
- [3]自适应光学系统的建模和误差分析[D]. 赵子云. 江南大学, 2021(01)
- [4]激光主动照明成像质量提升研究[D]. 杨欣欣. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2021(08)
- [5]激光雷达探测大气湍流廓线数值仿真与实验分析[D]. 王彩玉. 中国科学技术大学, 2021(08)
- [6]大气湍流信道涡旋光束自适应修复技术研究[D]. 苏元直. 北京邮电大学, 2021(01)
- [7]激光大气传输热晕效应及自适应光学校正的数值仿真和实验研究[D]. 吴书云. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2020(03)
- [8]中高轨目标光电探测与成像技术研究[D]. 陆长明. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2020(06)
- [9]相位差法校正涡旋光束波前畸变的实验研究[D]. 崔娜梅. 西安理工大学, 2020
- [10]光束波前畸变的本征模式法校正实验研究[D]. 李梅. 西安理工大学, 2020